JP2022141712A - 水性廃棄物流を処理および修復するための組成物および方法 - Google Patents
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- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
Abstract
Description
56号の優先権を主張し、当該出願の開示は本明細書に参照により引用される。
来する廃棄物および排水を処理するための方法および組成物に関する。
溶解または懸濁される1つ以上の微量化合物を含み得る。プロセス流に同伴されるこれら
の微量化合物の多くは、周囲環境に放出された場合に害を及ぼしたり悪影響を与えたりす
る。多くのこのような化合物の放出は、様々な州、地方および連邦の環境機関によって規
制されている。
セスで使用され得る。典型的には、この水はプロセス汚染物質を低減または除去する目的
で、排出前に処理されなければならない。鉱物の抽出作業などの特定の状況では、抽出サ
イト自体が、それがアクティブであろうとなかろうと、雨、暴風雨水流出、および帯水層
浸出からの水が様々な汚染物質を元の抽出サイトから周囲環境に運び去ることで、発生源
となる。鉱山事業では、これは一般に酸性鉱山排水(AMD:Acid Mine Dr
ainage)または酸性岩石排水(Acid rock drainage)と呼ばれ
る。酸性鉱山排水は、黄鉄鉱および他の鉱石などの金属硫化物鉱物の酸化から生じる。様
々な抽出サイトが、以下の金属汚染物質、硫黄含有化合物、揮発性有機物および溶解有機
物のうちの1つまたは複数を高いレベルで含有する流出液を生成し得る。これらの汚染物
質は、溶解または懸濁のいずれかで存在し得、イオンとして、またはより高酸化状態の化
合物などの化合物として存在し得る。
しては鉄、銅、亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、カドミウム、ニッケルお
よび鉛、セレニウム、水銀、コバルト等が挙げられるが、これらに限定されない。硫黄含
有化合物には、種々の硫酸塩、硫化物、および亜硫酸塩が含まれる。さらに、水材料は、
様々なシアン化物、シアン酸塩などを含むことができる。
属および硫酸塩を処理することができるプロセスに向けられてきた。多くのプロセスにお
いて、処理技術は、金属汚染物質を沈殿させ、硫酸塩およびシアン酸塩の濃度を減少させ
るために種々の方法を用いる。このようなプロセスの不幸な副作用として、金属水酸化物
および硫酸カルシウムとしての危険物質の沈殿があり、これは、かなりの処分費用をもた
らし、危険および/または取り扱いが困難な試薬の使用を必要とする。さらに、性質、品
質、および汚染物質パネルは起源地ごとに様々であり、様々な場所および状況にわたって
効率的かつ効果的な修復プロセスおよびプロトコールを提供することは困難である。
は困難であった。酸性鉱山排水に関連する物質のような特定の流出物中に存在する種々の
濃度レベルでの種々の標的化合物に対処し、軽減することができる装置および方法を提供
することが望ましい。また、工業プロセス流中の様々な濃度レベルで様々な標的化合物に
対処し、軽減することができる装置および方法を提供することが望ましい。
少なくとも1つのプロセス流体入口と、前記プロセス流体導管と流体連通する少なくとも
1つの電解反応容器とを有する。反応容器は、内部チャンバと、内部チャンバ内に配置さ
れた少なくとも1つの電極とを有する。電極は、パルス電流源によって電力供給される。
装置はまた、プロセス導管と流体連通する少なくとも1つの磁界反応容器を有する。磁界
反応容器は外向き表面および対向する内向き表面を有し、磁界反応容器の内向き表面と物
理的に接触する少なくとも1つの磁石を有する。この装置は少なくとも1つの標的の汚染
化合物または成分の濃度が高い水性プロセス流の処理に有用であり、標的化合物成分また
は成分が軽金属、重金属、硫酸塩、シアン化物およびそれらの化合物および錯体のうちの
少なくとも1つを含むプロセス流の処理に特定の利用可能性を有し得る。
明細書に開示される。特定の実施形態では、標的化合物成分が少なくとも1つの軽金属、
重金属、硫酸塩、シアン化物、炭化水素、置換炭化水素、ならびにそれらの化合物および
錯体を含むことができる。このプロセスは、以下の式を有するある量の化合物を用いてプ
ロセス流を荷電させる工程を含む:
あり、Zは、-1と-3との間の電荷を有する14~17族の単原子イオン、および/ま
たは、-1と-3との間の電荷を有する多原子イオンのうちの少なくとも1つである。こ
のプロセスはまた、プロセス流を、パルス電界、および10ガウス~1,000,000
ガウスの間の値を有する集束磁界に曝露する工程を含む。パルス電界および集束磁界への
プロセス流の曝露は、互いに対して任意の順序で起こり得る。暴露および荷電のステップ
は、互いに対して任意の順序で行うことができる。
様の要素に使用される。図面は単に例示を目的としたものであり、以下のものを含む。
汚染された水の流れを処理するための装置および方法が本明細書に開示される。大まか
に説明すると、装置は汚染水の少なくとも一部を搬送して装置と動作可能に接触させるこ
とができるように、汚染水源と連通する少なくとも1つのプロセス流体入口を含む。図1
および図2に示すように、これは、少なくとも1つのプロセス流体入口として構成するこ
とができる。処理導管は、汚染された水の少なくとも一部を装置と動作可能に接触するよ
うに運ぶ。特定の実施形態において、デバイスは、標的汚染物質を低減および/または除
去するために使用され得る。標的化学汚染物質化合物の非限定的な例としては、以下のも
ののうち少なくとも1つが挙げられる:金属、重金属、炭化水素、置換炭化水素、硫酸塩
化合物等。
容器を含むことができる。電解反応容器は、内部チャンバと、反応室内に動作可能に配置
され、交流電源によって電力供給される少なくとも1つの電極とを有する。電解反応容器
はある量のプロセス流材料を受容し、適切な接触間隔の間、プロセス流体曝露および少な
くとも1つの電極との相互作用を可能にするのに十分な間隔の間、それを電解反応容器内
に保持するように構成することができる。特定の実施形態では、間隔は2秒から90分の
間である。
ーにおける材料の連続スルー処理を容易にするように構成することができる。特定の実施
形態では、少なくとも1つの電解反応容器がプロセス流体材料100ガロン当たり2秒~
90分間の間隔でプロセス流体と電極との間の接触を達成するのに十分なプロセス流体の
滞留を可能にする適切な内部容積を有するように構成することができる。特定の実施形態
では、間隔が100ガロンのプロセス流体材料あたり5秒~60分であり得る。特定の実
施形態では、接触間隔がプロセス流体材料100ガロン当たり10秒~30分、プロセス
流体材料100ガロン当たり20秒~30分、プロセス流体材料100ガロン当たり15
秒~15分とすることができる。
複数の方法によって達成することができる:電圧強度を変化させること、電圧送達時間を
変化させること、電解反応容器内に配置される少なくとも1つの電極における電極極性を
変化させること。特定の実施形態では、パルス周波数レートが1秒当たり60から10分
当たり1の間であり得る。他の実施形態では、パルス周波数レートが毎秒1回と毎分1回
との間であり得ることが企図され、一方、他の実施形態では、パルス周波数レートが5秒
当たり1回と毎分1回との間であり得ることが企図される。特定の実施形態では、パルス
電界が電極における極性反転によって達成される。
構成され得る。所望または必要に応じて、電極はバイポーラ電極として構成することがで
きる。特定の実施形態では、少なくとも1つの電解反応容器が少なくとも1つの電解反応
容器内に存在するプロセス流体に陽極および陰極の曝露を提供するように位置決めされた
少なくとも1つの電極対を備えて構成される。また、少なくとも1つの電解反応容器は、
所望または必要に応じて、複数の電極アセンブリを含むことができるものとする。
切な制御ユニットと電子的に接続されてもよく、少なくとも1つの電極に適切なパルス電
流を供給するように構成された適切な制御器、インターフェースなどを含むことができる
。
ドへ極性を交互にまたは逆転するように構成され得る。本発明のアノードの極性は、交互
に反転され得るものとする。特定の実施形態では、極性が少なくとも毎秒60回の反転と
10分当たり1回の反転との間の周波数で反転させることができる。特定の実施形態では
周波数が1秒あたり1反転と1分あたり1反転との間であってもよく、他の実施形態では
周波数が5秒あたり1反転と1分あたり1反転との間であってもよい。いかなる理論にも
束縛されるものではないが、極性の反転は電極表面活性を高めることができ、缶内の露出
は電解反応容器を提供し、プロセス流内に誘導電荷状態を生成することができると考えら
れる。
物質として存在する化合物中に存在する1つ以上の結合を破壊する化学反応を触媒する電
極表面上または電極表面に近接した少なくとも1つの電気化学反応を促進し、それらを後
続の反応性処理により適するようにするものと考えられる。電極表面またはその近傍で起
こるプロセスは、関連する水性材料中に存在する化合物をイオン化すると考えられる。
態では、電極が導電性材料から構成されることができ、不活性または反応性のいずれかと
することができる。電極としての使用に適した不活性材料の非限定的な例としては、炭素
、グラファイト、金、白金、ロジウムなどのうちの1つ以上が挙げられる。反応性電極材
料の非限定的な例としては、銅、亜鉛、鉛、銀などが挙げられる。
とができる。磁界領域反応容器は、プロセス流体を非極性磁界に曝すように構成すること
ができる。磁界反応容器は、少なくとも1つの磁石が磁界反応容器の内向き表面と接触し
た状態で、外向き表面および対向する内向き表面を有する。磁界反応容器は、磁気反応容
器の内向き表面と接触する少なくとも1つの磁石を有する。特定の実施形態では、磁石は
電磁石とすることができる。特定の実施形態では、磁石材料を希土類磁石とすることがで
きる。適切な希土類磁石の非限定的な例としては、ランタニド系列のもの+スカンジウム
およびイットリウムを含む希土類元素の合金から作られた材料である。特定の実施形態で
は、そのような磁石がネオジウム磁石およびサマリウム-コバルト磁石のように、500
0~10,000ガウスを超える磁界を及ぼすことができる。
,000ガウスとの間の磁束値を有する集束磁界を提供するように構成され得る。特定の
実施形態では、磁界が特定の用途では5000~1,000,000ガウスであり、50
00~100,000ガウスである。特定の用途では、磁界は10~10,000ガウス
であり得ることを理解されたい。
向を誘導するのに十分な間隔の間、発生した磁界に曝露され得るものとする。特定の実施
形態では暴露時間がプロセス流体材料100ガロン当たり5秒~90分の間隔であり得る
が、他の実施形態ではこの曝露間隔がプロセス流体材料100ガロン当たり15秒~10
分の間であるものとする。いかなる理論にも束縛されるものではないが、指標分子配向は
特定の実施形態において、水性担体自体に存在する水分子において示すことができると考
えられる。特定の実施形態では、接触間隔がプロセス流体材料100ガロン当たり10秒
~30分、プロセス流体材料100ガロン当たり20秒~30分、プロセス流体材料10
0ガロン当たり15秒~15分とすることができる。
ス流材料中の磁気配向に影響を及ぼすのに十分な滞留時間を有するように構成することが
できる。ある実施形態では滞留時間は15秒~2時間であり、ある実施形態では滞留時間
は30秒~1時間であると考えられる。
導入機構を含む。特定の実施形態では、荷電流体導入導管を電解反応容器および/または
磁界反応容器のうちの少なくとも1つの上流の位置に配置することができる。開示される
デバイスの実施形態において、荷電流体は、以下の式を有する化合物を含み得る:
あり、Zは、-1と-3との間の電荷を有する14~17族の単原子イオン、および/ま
たは、-1と-3との間の電荷を有する多原子イオンのうちの少なくとも1つである。
て、適切なポンプ、センサ、計量装置などを含むことができる。荷電流体搬送導管は、適
切な場所でプロセス流体導管に永久的にまたは解放可能に接続され得る。特定の実施形態
では、荷電流体搬送導管が少なくとも1つの電解反応容器、少なくとも1つの磁界領域反
応容器、または両方のうちの少なくとも1つの上流の位置でプロセス流体搬送導管に接続
することができる。また、装置は、プロセス流体搬送導管に沿った複数の位置に配置され
る複数の荷電流体搬送導管を含むことができると考えられる。
も1つの磁界領域反応容器が、任意の適切な順序でプロセス流体導管に沿って配置され得
るものとする。特定の実施形態では、少なくとも1つの荷電流体搬送導管が少なくとも1
つの電解反応容器および少なくとも1つの磁界領域反応容器の上流に配置される。少なく
とも1つの電解反応容器および少なくとも1つの磁界領域反応容器は、プロセス流体導管
において、互いに対して任意の順序で配向することができる。特定の実施形態では、少な
くとも1つの電解反応容器を、少なくとも1つの磁界領域反応容器の上流に配置すること
ができる。
内へ、および磁界領域反応容器内の滞留から少なくとも1つの下流の電解反応容器内へ、
そしてそこから下流の磁界領域反応容器内へ連続的に搬送されるように、デバイスはプロ
セス導管と流体接触して配置される少なくとも2つの磁界領域反応容器および少なくとも
2つの電解反応容器を含むことができる。
物質のレベルが上昇した排水流を処理することに関する。標的汚染物質は、以下のうちの
1つ以上であり得る:金属、重金属、硫酸塩、シアン化物、炭化水素、置換炭化水素並び
にこれらの化合物および錯体。
されたプロセス流を約15秒~約60分間の間隔でパルス電界に曝露する工程と、収集さ
れた流体を集束磁界に曝露するステップとを含み、磁界は、特定の用途において、10ガ
ウス~1,000,000ガウスの間の値を有する。
い汚染水還元流を処理するための1つまたは複数のプロセスに関する。特定の実施形態に
おいて、本方法は、以下の式を有するある量の化合物を用いてプロセス流を荷電させる工
程を含む:
あり、Zは、-1と-3との間の電荷を有する14~17族の単原子イオン、および/ま
たは、-1と-3との間の電荷を有する多原子イオンのうちの少なくとも1つである。
00ガウスとの間の値を有する集束磁界に曝露する工程を含む。パルス電界および集束磁
界へのプロセス流の曝露は、互いに対して任意の順序で起こり得る。暴露および荷電の工
程は、互いに対して任意の順序で行うことができる。
に由来する水性材料であり得る。排水流は、少なくとも1つの標的汚染物質を含有する。
特定の用途では、標的汚染物質が金属、重金属、硫化物および塩化物、炭化水素、置換炭
化水素、ならびにそれらの化合物および錯体のうちの少なくとも1つであり得る。標的汚
染物質は、懸濁固体、分散固体、溶解固体および/またはそれらの混合物として存在し得
る。本明細書で使用される「重金属」という用語は、水の比重の少なくとも5倍の比重を
有する高密度金属および半金属として定義される。このような材料の非限定的な例として
は、クロム、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、カドミウム、水銀、タリウム、鉛、ア
ンチモン、ヒ素、セレンが挙げられる。金属の洗浄、処理および加工に関連する用途など
の他の用途では、標的汚染物質が一価遷移金属などの材料、セレン、マンガン、モリブデ
ンなどを含有するアルミニウム錯体などの材料、ならびにクロムニッケルカドミウム錯体
などのクロム含有材料、水銀鉛化合物などの水銀含有化合物、銀および銀錯体などの貴金
属、銅、および銅-亜鉛材料などの銅含有化合物とすることができる。本明細書で開示さ
れる方法およびデバイスによって処理することができる生産工程によって生成される他の
標的材料には、有機リン酸塩材料、有機硫酸塩材料、有機硝酸塩材料、金属炭酸塩、なら
びにシアン化物(遊離および錯体の両方)が含まれる。錯化シアン化物の非限定的な例と
しては、ニトロプルシドおよびK3FeCn6などの材料が挙げられる。
ロセス流を少なくとも1つの電極と接触させる工程と、電解反応容器内に配置された少な
くとも1つの電極内の電圧強度、電圧送達時間、電極極性のうちの少なくとも1つを変化
させる工程とを含むことによって達成することができる。パルスレートは、ある実施形態
では1秒当たり60と10分当たり1との間であり得、ある実施形態では1秒当たり1と
1分あたり1との間の速度であり、他の実施形態では5秒当たり1と1分当たり1の速度
である。
られる。電極としての使用に適した不活性材料の非限定的な例としては、炭素、グラファ
イト、金、白金、ロジウムなどのうちの1つ以上が挙げられる。反応性電極材料の非限定
的な例としては、銅、亜鉛、鉛、銀などが挙げられる。
隔の間、パルス電界に留まることができる。特定の実施形態では、この間隔が100ガロ
ンのプロセス流体材料当たり2秒~90分の間であり得る。特定の実施形態では、間隔が
100ガロンのプロセス流体材料あたり5秒~60分であり得る。特定の実施形態では、
接触間隔がプロセス流体材料100ガロン当たり10秒~30分、プロセス流体材料10
0ガロン当たり20秒~30分、プロセス流体材料100ガロン当たり15秒~15分と
することができる。
生磁界に水性プロセス流を曝露する工程を含む。特定の実施形態では、磁界が特定の用途
では5000~1,000,000ガウスであり、5000~100,000ガウスであ
る。特定の用途では、磁界は10~10,000ガウスであり得ることを理解されたい。
プロセス流体は、発生した磁界に対してプロセス流中に存在する1つ以上の分子の磁気配
向を誘導するのに十分な間隔の間、発生した磁界に曝露され得る。いかなる理論にも束縛
されるものではないが、発生した磁界への曝露は特にこのような曝露がパルス電界への曝
露の後に起こる場合、パルス電界への曝露によりプロセス流中で先に生成した水和ケージ
の配向を誘導すると考えられる。このような実施形態では、パルス電界への曝露と発生磁
界との間の間隔がプロセス流中に存在する水和ケージの濃度を最大化するのに十分な間隔
であるものとする。特定の実施形態ではこの間隔は1分未満であるが、他の実施形態では
この間隔は30秒~3時間である。
プロセス流体材料当たり5秒~90分である。特定の実施形態では、接触間隔がプロセス
流体材料100ガロン当たり10秒~30分、プロセス流体材料100ガロン当たり20
秒~30分、プロセス流体材料100ガロン当たり15秒~15分とすることができる。
セスの任意の時点で生じ得る:
あり、Zは、-1と-3との間の電荷を有する14~17族の単原子イオン、および/ま
たは、-1と-3との間の電荷を有する多原子イオンのうちの少なくとも1つである。特
定の実施形態では、xは3~12の間の整数であることが企図され、一方、他の実施形態
ではxは3~9の間の整数であることが企図される。特定の実施形態では、yは1~5の
間の整数であることが企図される。適切な材料は米国出願番号第2016-031209
号に概説される工程によって調製され得、その内容は本明細書中に引用される。特定の実
施形態では、化合物が水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリ硫酸塩(1:1);
水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリ炭酸塩(1:1);水素(1+)、トリア
クア-μ3-オキソトリリン酸塩(1:1);水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソ
トリシュウ酸塩(1:1);水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリクロム酸塩(
1:1);水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリ二クロム酸塩(1:1);水素
(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリピロリン酸塩(1:1)、およびそれらの混合
物からなる群から選択され得る。
こる。荷電工程が、これらのステップの前、間、および/または間に間隔をおいて生じる
ことも、本開示の範囲内である。特定の実施形態では、得られた荷電水性プロセス流体中
、100ppm~1,000,000ppmの濃度で上記化合物が水性組成物中に存在す
ることができる。化合物がプロセスを通して分割用量で添加される場合、荷電された水性
プロセス流体は、各荷電添加後に100ppm~1,000,000ppmの濃度を示し
得ることが企図される。
界への曝露の一方または両方の間の水性プロセス流中の荷電化合物の存在は水性プロセス
流中の水和ケージの生成に寄与すると考えられる。さらに、荷電化合物が存在すると、利
用可能な反応性の分子状水素のレベルが上昇した水性プロセス流体を生成し、この水性プ
ロセス流体は、次いで、前述の工程の間および下流の処理の間の両方で、少なくとも1つ
の標的汚染物質と反応して、浄化および分離の工程の間に除去され得る化合物および化学
錯体を生成すると考えられる。
び処理操作と組み合わせて使用して、標的物質のレベルが低下した改良水を生成できるこ
とが企図される。生成した材料は、特定の用途における流れまたは水路への排出に適切で
あり得る。他の操作では、生成した水が後続の処理または処理に適していてもよい。
1つまたは複数の地方自治体または消費者が生成したプロセス、例えば、繊維洗浄、洗濯
および軽質清掃作業媒体などの操作に関連する洗浄工程から生成された水性プロセス流を
処理し、改善するために使用することができることも企図される。
じるプロセス水は、閉ループ産業処理システムをリサイクルおよび再利用することを可能
にするのに十分な、および非食品植物生長を支援するための非農業灌漑用途における使用
においてさえも可能にするのに十分な、低減されたレベルの汚染を有する。特定の用途で
は元の汚染レベルおよび/または加工強度のレベルを含むがこれらに限定されないベース
の要因に基づき、得られる水性流は動物飼料などのレンジグラス給水などの用途における
使用に適し得る。一定の用途では、得られた水性材料が非消費の人間の接触のために使用
することができ、一定の用途では飲用可能な飲料水として使用することさえできる。
図1に示される。広く解釈されるプロセスは、少なくとも1つの標的汚染物質を有するプ
ロセス流を電解反応環境に曝露すること、およびプロセス流を磁界に曝露することに関す
る。これらの暴露はいずれかの順序で連続的にまたはいずれかの順序で反復的に行うこと
ができ、場合によっては、全体的または部分的に同時に進行することができる。図1に示
されるように、プロセス10は参照番号20で示されるように、少なくとも1つの同伴さ
れた標的汚染物質を有するプロセス流を電解反応容器中に導入する工程を含む。水流は、
水素イオン-水複合体の反応および生成を可能にするのに十分な間隔の間、電解反応容器
内に留まることができる。
性プロセス流を導入する工程を含む。水性プロセス流は、水性プロセス流材料中の磁気配
向に影響を及ぼすのに十分な間隔の間、反応容器中に存在することができる。参照番号2
0および30で概説される工程は、所望または必要に応じて、反復的にまたは逐次的に繰
り返すことができる。
剤材料を含むがこれらに限定されない、適切な塩基添加剤を用いた荷電をも含み得る。特
定の実施形態において、安定な塩基性ヒドロニウム型添加剤材料は、以下の1つ以上を含
むことができる。
yは、x未満の整数であり、
mは、1~6の整数であり、
nは、1~3の整数であり、
Zは、単原子カチオン、多原子カチオンまたはカチオン錯体である。
安定な塩基性ヒドロニウム錯体が添加され、ある実施形態では硫酸塩固体などの生成化合
物の除去後に添加され得る。特定の実施形態において、安定なヒドロニウム化合物は、1
0ppm~50,000ppmの溶液濃度を提供するように添加され得る。特定の実施形
態において、安定なヒドロニウム添加剤は、上記の組成を有し、この際、Zは、電荷が+
2以上である単原子カチオン、多原子イオン、またはカチオン錯体のうちの1つであり、
かつ、第2の化合物の少なくとも一部がH4O3 2-、H5O2 2-、H7O2 2-、H
6O5 2-およびこれらの混合物のうちの少なくとも1つとして存在し、水溶液中に安定
なヒドロキソニウムアニオンクラスターを含む作用架橋リガンドと配位して存在する。そ
のような材料の非限定的な例は米国特許出願第2016-034019号に概説されてお
り、その開示は、参照により本明細書に引用される。
可能性がある重度に汚染された水性流に対処するように構成された浄化システムが示され
ている。装置50は、処理されるべき水性プロセス流体を外部供給源から装置50内に運
ぶように構成された少なくとも1つの水性プロセス流体入口52を含む。
れた少なくとも1つの電解反応容器54を含む。装置50はまた、水性プロセス流体中に
存在する水分子を配向させるのに十分な非極性磁界にプロセス流体を暴露するように構成
された少なくとも1つの磁界領域反応容器56を含む。図示されているように、磁界領域
反応容器56は、電解反応容器54の下流に配置される。それぞれの容器54、56の順
序を切り替えることは、本開示の範囲内である。図示されているように、それぞれの反応
容器54、56はシングルパス処理のために構成されているが、装置50が反応容器54
、56の一方または両方を通る反復再循環を可能にするように構成できることも本開示の
範囲内である。また、本開示の範囲において、装置50は、いずれかの容器を2つ以上含
む。複数の容器が使用される場合、種々の容器は所望または必要に応じて、両方の配向を
利用して、平行に、直列に、または種々の構成に配向され得る。
を含む。
も1つの浄化ユニットに運ばれ得る。図示の実施形態では、装置50が金属水酸化物スラ
ッジとしてプロセス流中に同伴された金属の沈殿を誘発するように構成された金属浄化器
ユニット60を含む。金属水酸化物スラッジはさらなる処理および環境的に安全な廃棄の
ために、導管62などの適切な導管によって、金属浄化器ユニット60から運び出すこと
ができる。
重力、圧力、遠心分離などの適切なプロセスによって、関連する水から固体材料を分離す
る。生じた固体材料は金属水酸化物ケーキ汚泥66の形態であり、これは、環境的に適切
な方法で処分するために再利用、処理、または移送することができる。この運転中に分離
された水は、導管68のような適当な手段によって脱水ユニット64から運び去ることが
できる。図示の装置50では、導管68が反応器ユニット54、56の1つ以上の上流の
位置で入口導管52と流体接続している。所望により、分離された水性材料は、適切な方
法で水性プロセス流に再導入することができる。特定の用途では、分離されたプロセス水
がプロセス流の制御された希薄化を可能にする方法で、入口導管52内のプロセス流に計
量供給され得る。導管68は、適切なメータ等を備えることができる。
60を出ることができる。図2に示す実施形態では、水性プロセス流が硫酸塩および不溶
性硫酸カルシウムを生成するように構成された硫酸塩除去浄化器72に導入することがで
き、不溶性硫酸カルシウムは適切な導管74を介して除去し、適切な脱水ユニット76に
搬送して、適切な後プロセス用途のために除去することができる純粋な無水硫酸カルシウ
ム78の形態の固体材料を生成することができる。脱水プロセスで生成した水性濾液は、
適切な導管80によって脱水ユニット76から運ばれることができる。
を含むことができる。装置50には、金属浄化器ユニット60の下流の位置でプロセス流
と流体連通する適当な酸性化タンク82を含めることができる。図示の実施形態では、酸
性化ユニット82が導管70内のある位置でプロセス流に接続され、適切なメータ、フィ
ードバックセンサ等を含むことができる。
料と混合され得るように、酸性化タンク82が構成され得る:
、ある実施形態では3~9の間の整数である、
yは1~20の間の整数であり、特定の実施形態ではyは1~5の間の整数である、
Zは多原子イオンであり、Zは、-1と-3との間の電荷を有する14~17族の単原子
イオン、および/または、-1と-3との間の電荷を有する多原子イオンのうちの少なく
とも1つである。
と連通する適切な導管82に入る。貯蔵および分配タンク84内に蓄積されたプロセス流
体の一部は導管86内に取り出すことができ、そこで、反応器54、56内に入る前に希
釈およびプライミングを達成するために初期プロセス流内に再導入することができると考
えられる。処理された材料の残りは適切なpH中和タンク86に運ばれることができ、こ
こで、プロセス流は必要に応じて中和され、そして材料は最終処理流出物として放出され
得る。
汚染物質と水分子との間の化学結合を、それらの原子価状態を変化させることによって破
壊する役割を果たし、それにより、金属が溶液から沈殿し、不溶性金属沈殿物を形成し、
pH6~10の処理された流出物を生成すると考えられる。この方法は水を州および連邦
の排出基準に処理することができ、比較的少量の金属ケーキ材料を生成し、大量のスラッ
ジを生成することなく達成される。このシステムは単純な設計と比較的小さな設置面積、
フェールセーフ監視技術、最小の電気的要求、最小の保守および動作コスト、高スループ
ットを有し、連続動作が可能である。
食性、独自の化学物質で機能すると考えられる。従来の危険なスラックライムと比較して
、最小量の非危険な食品グレードのGRAS格付け石灰スラリーが使用され、スラッジ生
成が最大50%減少し、重金属および他の望ましい材料を含まないスラッジを生成し、再
生可能な金属などの材料、および金属を含まない石膏の製造などの後処理産業手順で使用
するための硫酸カルシウムなどの材料を生成する。
本明細書に開示される装置および実施形態のプロセスは、セメント・クリーク・コロラ
ドから入手した2つのサンプルに対して使用される。処理後、重要な金属のレベルを測定
した。結果を表Iに要約する。
化学処理および表面エンジニアリング会社からの流出物を、本明細書に開示されるプロ
セスに従って処理した。流出物は、カドミウム、ニッケル銅、金、銀亜鉛、水銀および鉛
、ならびに処理された無機リガンドを含んでおり、遊離および全シアン化物、リン酸塩、
およびフッ化物を含んでいた。有機物は、メチルエチルケトン、アセトン、およびトリク
ロロエチレンを含んでいた。このプロセスは、設備内の既存の処理システムに対して評価
された。本開示で概説されるプロセスによる処理後に排出される水は蒸留水と同様の水質
を有し、全毒性有機物の要件を満たすことができることが見出された。これにより、反応
性、ガス放出または発熱を伴わない処理工程で発生する固形廃棄物を90%削減すること
ができた。
されるものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々
な変更および等価な構成を包含することを意図し、その範囲は法律で許容されるすべての
そのような変更および等価な構造を包含するように、最も広い解釈が与えられるべきであ
ることを理解されたい。
Claims (14)
- 少なくとも1つの標的化学成分の濃度が高い汚染水流を処理するための装置であって、
プロセス流体導管と連通する少なくとも1つのプロセス流体入口と、
前記プロセス流体導管と流体連通する少なくとも1つの電解反応容器と、
少なくとも1つの磁界領域反応容器と、を有し、
前記プロセス流体入口は少なくとも1つの標的化学成分の高濃度を有する汚染水源と少
なくとも一時的に流体連通し、前記標的化学成分は、軽金属、重金属、硫酸塩、炭化水素
、およびそれらの混合物からなる群から選択され、
前記電解反応容器は、内部チャンバと、前記反応容器の前記内部チャンバ内に配置され
た少なくとも1つの電極とを有し、前記電極はパルス電流源によって電力供給され、
前記磁界反応容器は前記プロセス流体導管と流体連通し、前記磁界反応容器は、外向き
表面と、対向する内向き表面とを有し、前記磁界反応容器は、前記磁界反応容器の前記内
向き表面と接触する少なくとも1つの磁石を有する、装置。 - 少なくとも1つの電極電力調整機構をさらに有し、前記電極電力調整機構は、前記電解
反応容器内に配置された少なくとも1つの電極における電圧強度、電圧送達時間、電極極
性のうちの少なくとも1つを変化させるように構成される、請求項1に記載の装置。 - 前記磁界反応容器が、10ガウス~100,000ガウスの間の値を有する集束磁界に
水性プロセス流を曝露するように構成される、請求項2に記載の装置。 - 前記少なくとも1つの電解反応容器および前記少なくとも1つの磁界領域反応容器の下
流に位置する少なくとも1つの分離デバイスをさらに有する、請求項3に記載の装置。 - 前記分離デバイスが、濾過ユニット、遠心分離機、および/またはコンプレッサのうち
の少なくとも1つである、請求項5に記載の装置。 - 少なくとも1つの電極電力調整機構と、
少なくとも1つの荷電口と、
プロセス流体の特性を監視するように構成された、少なくとも1つのコントローラと、
を有し、
前記電極電力調整機構は、前記電解反応容器内に配置された少なくとも1つの電極にお
ける電圧強度、電圧送達時間、電極極性のうちの少なくとも1つを変化させるように構成
され、
前記荷電口は、以下の式を有する化合物を含む計量された量の水性組成物を運ぶように
構成され:
あり、Zは、-1と-3との間の電荷を有する14~17族の単原子イオン、および/ま
たは、-1と-3との間の電荷を有する多原子イオンのうちの少なくとも1つである、
前記磁界反応容器は、10ガウス~100,000ガウスの間の値を有する集束磁界に
水性プロセス流を曝露するように構成される、請求項1に記載の装置。 - 前記標的汚染物質が、金属、重金属、硫化物および塩化物、炭化水素、置換炭化水素、
ならびにそれらの化合物および錯体のうちの少なくとも1つである、請求項9に記載の方
法。 - パルス電界に前記プロセス流を曝露する工程が、
前記プロセス流を少なくとも1つの電極と接触させる工程と、
前記電解反応容器内に配置された前記少なくとも1つの電極における電圧強度、電圧送
達時間、電極極性のうちの少なくとも1つを変化させる工程と、
を含む、請求項8に記載の方法。 - 前記プロセス流が、2秒~90分間の間、前記パルス電界に曝露され、前記パルス化が
少なくとも部分的に電極極性を変化させるために行われる、請求項10に記載の方法。 - 荷電化合物が、水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリ硫酸塩(1:1);水素
(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリ炭酸塩(1:1);水素(1+)、トリアクア
-μ3-オキソトリリン酸塩(1:1);水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリ
シュウ酸塩(1:1);水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリクロム酸塩(1:
1);水素(1+)、トリアクア-μ3-オキソトリ二クロム酸塩(1:1);水素(1
+)、トリアクア-μ3-オキソトリ-ピロリン酸塩(1:1)、およびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項8に記載の方法。
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